(57)【要約】  表面検査装置において照明用光源として、光源にＬＥＤを用いた場合、光を試料表面上にレンズで集光したとき、面発光のため、スポット集光できず、発光素子の形状及び複雑な輝度ムラを反映し、広い領域を照明してしまう。また、信号強度の校正が困難で、ノイズとなる表面ラフネスによる散乱光が多く発生し、微小な欠陥による散乱光を取得できないという課題がある。  ＬＥＤ光源の光を拡散板，ファイバを通じて光を平均化させて試料表面に照射する。試料表面や異物による散乱光をイメージインテンシファイア上に結像させ、レンズカップリングしたＴＤＩやＣＣＤなどの複数画素センサで検出する。空間的に表面ラフネスによる散乱光を除去して感度良く異物の散乱光を検出できる。イメージインテンシファイアの感度低下による信号強度低下を防ぐために、イメージインテンシファイアをシフトすることができる機構を有する。
2011121694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射光学系と検出光学系とを有し、基板の欠陥を検査する検査装置において、
前記照射光学系は、
少なくとも１つ以上のＬＥＤ光源と、
前記ＬＥＤ光源からの光を導く導波部材と、を有することを特徴とする検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の検査装置において、
前記照射光学系は、
前記ＬＥＤ光源と、前記導波部材との間に、前記ＬＥＤ光源からの光を拡散させる光学素子を有することを特徴とする検査装置。
【請求項３】
請求項１に記載の検査装置において、
前記導波部材は、ファイバ、またはアイリスであることを特徴とする検査装置。
【請求項４】
請求項１に記載の検査装置において、
前記導波部材は、マルチモードシングルコアファイバであることを特徴とする検査装置。
【請求項５】
請求項１に記載の検査装置において、
前記導波部材は、マルチコアファイバであることを特徴とする検査装置。
【請求項６】
請求項５に記載の検査装置において、
前記マルチコアファイバの前記基板側の端部は、コアが直線状に配列されていることを特徴とする検査装置。
【請求項７】
請求項１に記載の検査装置において、
第１の波長を有する第１のＬＥＤ光源と、
第２の波長を有する第２のＬＥＤ光源と、を有することを特徴とする検査装置。
【請求項８】
請求項７に記載の検査装置において、
前記照射光学系は、
前記導波部材と前記基板との間に反射光学系を有することを特徴とする検査装置。
【請求項９】
請求項７に記載の検査装置において、
前記第１のＬＥＤ光源からの第１の光を導く第１のマルチコアファイバと、
前記第２のＬＥＤ光源からの第２の光を導く第２のマルチコアファイバと、を有し、
前記第１のマルチコアファイバのコアと、前記第２のマルチコアファイバのコアとは、前記基板側の端部において交互に配置されていることを特徴とする検査装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の検査装置において、
前記第１のＬＥＤ光源からの第１の光を導く第１のマルチコアファイバと、
前記第２のＬＥＤ光源からの第２の光を導く第２のマルチコアファイバと、を有し、
前記第１のマルチコアファイバのコアと、前記第２のＬＥＤ光源からの第２の光を導く第２のマルチコアファイバのコアとは、前記基板側の端部においてランダムに配置されていることを特徴とする検査装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の検査装置において、
前記照射光学系は、
前記導波部材を通過した光を集光するシリンドリカルレンズを有することを特徴とする検査装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の検査装置において、
前記照射光学系は、
前記導波部材を通過した光の偏光を調節する光学素子を有することを特徴とする検査装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の検査装置において、
前記基板からの光を検出する検出光学系を有し、
前記検出光学系は結像光学系であり、
前記検出光学系は、複数の画素を有するセンサを有することを特徴とする検査装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の検査装置において、
前記検出光学系は、
前記基板からの光を増幅する増幅素子を有し、
前記センサは前記増幅素子によって増幅された光を検出することを特徴とする検査装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の検査装置において、
前記検出光学系は、
前記増幅素子を移動させる移動部を有することを特徴とする検査装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の検査装置において、
前記検出光学系は、
前記センサと前記増幅素子との間を空間的に分割する光学素子を有することを特徴とする検査装置。
【請求項１７】
基板に光を照射し、前記基板からの光を検出し、前記基板の欠陥を検査する検査方法において、
少なくとも１つ以上のＬＥＤ光源からの光を平均化して基板に照射し、前記基板を検査することを特徴とする検査方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の検査方法において、
前記平均化された光を線状に集光し、前記基板へ照射することを特徴とする検査方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の検査方法において、
前記平均化された光の偏光を制御することを特徴とする検査方法。
【請求項２０】
請求項１７に記載の検査方法において、
前記平均化された光は第１の波長、及び第２の波長を有することを特徴とする検査方法。
【請求項２１】
請求項１７に記載の検査方法において、
前記基板からの光を増幅素子で増幅し、
前記増幅された光を結像し、
前記結像された光を複数の領域で検出することを特徴とする検査方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の検査方法において、
前記増幅素子における前記基板からの光の当たる領域を変えることを特徴とする検査方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の検査方法において、
前記増幅された光を空間的に分割し、結像することを特徴とする検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板を検査する検査装置，検査方法に関する。【０００２】
例えば、半導体ウェハ上の微小な異物や傷等の欠陥を検出する表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体基板や薄膜基板などの製造ラインにおいて、製品の歩留まりを維持・向上するために、半導体基板や薄膜基板などの表面に存在する欠陥の検査が行われている。【０００４】
このような表面検査装置の先行技術としては、試料表面に照明光を集光して照射し、表面ラフネスや欠陥によって散乱する光を検出する特許文献１が挙げられる。【０００５】
また、光源にＬＥＤを用いた検査装置としては、特許文献２，特許文献３が挙げられる。【０００６】
また、光ファイバに関する技術としては、特許文献４が挙げられる。【０００７】
また、表面検査装置の他の先行技術としては、特許文献５が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３４４７号公報
【特許文献２】特開２００８−１５３６５５号公報
【特許文献３】特開２００８−２７７５９６号公報
【特許文献４】米国特許第７６２７００７号
【特許文献５】米国特許第７５４８３０８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、ＬＥＤは面発光素子のためレーザ光源のように、微小領域に集光することが難しいことや、発光素子の形状及び光強度分布が複雑であるという課題がある。【００１０】
そのため、検査に用いるには、細線照明が困難なために、試料表面の表面ラフネスによるノイズが大きくなることや、複雑な光強度分布に合わせて信号強度の校正が必要であるが非常に困難な場合もある点については考慮がなされていなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は以下の特徴を有する。【００１２】
なお、本発明は以下の特徴をそれぞれ独立して備える場合もあれば、複合して備える場合もある。【００１３】
本発明の第１の特徴は、ＬＥＤ光源（例えば、エレクトロルミネッセンスを利用した発光素子）を有し、その出射光をファイバを通じて、試料表面に照射し、散乱光を複数画素センサ上に結像させ、空間的に表面ラフネスによる影響を除去して従来に比べて感度良く欠陥による散乱光を検出することにある。【００１４】
本発明の第２の特徴は、散乱光をイメージインテンシファイア上に結像させ、レンズカップリングしたＴＤＩやＣＣＤなどの複数画素センサを有し、イメージインテンシファイアの感度低下による信号強度低下を防ぐために、イメージインテンシファイアをシフトすることにある。【００１５】
本発明の第３の特徴は、少なくとも１つ以上のＬＥＤ光源と前記ＬＥＤ光源からの光を導く導波部材とを有することにある。【００１６】
本発明の第４の特徴は、前記照射光学系は、前記ＬＥＤ光源と、前記導波部材との間に、前記ＬＥＤ光源からの光を拡散させる光学素子を有することにある。【００１７】
本発明の第５の特徴は、前記導波部材は、ファイバ、またはアイリスであることにある。【００１８】
本発明の第６の特徴は、前記導波部材は、シングルコアファイバであることにある。【００１９】
本発明の第７の特徴は、前記導波部材は、マルチコアファイバであることにある。【００２０】
本発明の第８の特徴は、前記マルチコアファイバの前記基板側の端部は、コアが直線状に配列されていることにある。【００２１】
本発明の第９の特徴は、第１の波長を有する第１のＬＥＤ光源と、第２の波長を有する第２のＬＥＤ光源と、を有することにある。【００２２】
本発明の第１０の特徴は、前記照射光学系は反射光学系を含むことにある。【００２３】
本発明の第１１の特徴は、前記第１のＬＥＤ光源からの第１の光を導く第１のマルチコアファイバと、前記第２のＬＥＤ光源からの第２の光を導く第２のマルチコアファイバと、を有し、前記第１のマルチコアファイバのコアと、前記第２のＬＥＤ光源からの第２の光を導く第２のマルチコアファイバのコアとは、前記基板側の端部において交互に配置されていることにある。【００２４】
本発明の第１２の特徴は、前記第１のマルチコアファイバのコアと、前記第２のＬＥＤ光源からの第２の光を導く第２のマルチコアファイバのコアとは、前記基板側の端部においてランダムに配置されていることにある。【００２５】
本発明の第１３の特徴は、前記導波部材を通過した光を集光するシリンドリカルレンズを有することにある。【００２６】
本発明の第１４の特徴は、前記導波部材を通過した光の偏光を調節する光学素子を有することにある。【００２７】
本発明の第１５の特徴は、前記基板からの光を検出する検出光学系を有し、前記検出光学系は結像光学系であり、前記検出光学系は、複数の画素を有するセンサを有することにある。【００２８】
本発明の第１６の特徴は、前記基板からの光を増幅する増幅素子を有し、前記センサは前記増幅素子によって増幅された光を検出することにある。【００２９】
本発明の第１７の特徴は、前記増幅素子を移動させる移動部を有することにある。【００３０】
本発明の第１８の特徴は、前記センサと前記増幅素子との間を空間的に分割する光学素子を有することにある。【００３１】
本発明の第１９の特徴は、基板の検査方法において、少なくとも１つ以上のＬＥＤ光源からの光を平均化して基板に照射することにある。【００３２】
本発明の第２０の特徴は、前記平均化された光を線状に集光し、前記基板へ照射することにある。【００３３】
本発明の第２１の特徴は、前記増幅素子における前記基板からの光の当たる領域を変えることにある。【００３４】
本発明の第２２の特徴は、前記増幅された光を空間的に分割し、結像することを特徴とすることにある。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、ＬＥＤ光源の複雑な光強度分布を解消して、ＬＥＤ光源を用いた検査装置を実現できる。その結果、以下の効果を奏する検査装置を実現できる。なお、以下の効果は独立して奏される場合もあれば、同時に奏される場合もある。
（１）長寿命である。
（２）安価である。
（３）光源自体の大きさ以外に、電源及び冷却器などのスペースが不要になるため省スペースである。それに伴い消費される電力も少なくすることができる。
（４）ＬＥＤは連続発光させることができるので、高エネルギー密度の短パルスレーザのように試料表面や光学素子を損傷させにくい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施例１の表面検査装置の概略図。
【図２】照明スポットと検出光学系の位置関係を示した図。
【図３】回折格子を利用した検出光学系の概略図。
【図４】検出部回路概略図。
【図５】従来技術の照明スポットの大きさと信号強度を示す図。
【図６】複数画素の光センサを用いた場合の信号強度を示す図。
【図７】実施例２の検出系の概略図。
【図８】実施例３の照明系の概略図。
【図９】実施例４におけるマルチコアファイバのコア配列方法の概略図。
【図１０】実施例５の照明系の概略図。
【図１１】実施例６の照明系の概略図。
【図１２】実施例７における表面検査装置の概略図。
【図１３】実施例７における光量調整部の拡大図。
【図１４】実施例７における光量調整評価装置の概略図。
【図１５】実施例７における合波器の拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、図面を用いて発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００３８】
図１は実施例１の表面検査装置の概略図である。【００３９】
図１に示すように、照明用ＬＥＤ光源１０ａ，１０ｂ，拡散板１１ａ，１１ｂ，レンズ１２ａ，１２ｂ，光ファイバ１３ａ，１３ｂ，試料ステージ１０１，ステージ駆動部１０２，散乱光を検出する複数画素センサ１０４，信号処理部１０５，後述する様々な制御を行う全体制御部１０６，メカ制御部１０７，情報表示部１０８，入力操作部１０９，記憶部１１０等を備えている。【００４０】
ステージ駆動部１０２は、回転軸を中心に試料ステージ１０１を回転させる回転駆動部１１１，垂直方向に移動する垂直駆動部１１２，試料の径方向に移動させるスライド駆動部１１３を備えている。【００４１】
照明用ＬＥＤ光源１０ａ，１０ｂからの光を導波部材の一例である光ファイバ１３ａ，１３ｂを用いて試料１００に照射し、試料表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥、及び試料表面で、散乱，回折、又は反射された光を検出光学系１１６により捕集し、複数画素センサ１０４上に結像して検出する。【００４２】
試料ステージ１０１は、ウェハ等の試料１００を支持しており、試料ステージ１０１を回転駆動部１１１により回転させつつスライド駆動部１１３によって水平に移動させることで、相対的に照明光が試料１００上を渦巻状に走査する。【００４３】
したがって、試料表面の凹凸によって散乱される光は連続的，欠陥による散乱光はパルス的に発生し、連続的に発生する光のショットノイズが、表面検査装置のノイズ成分となる。【００４４】
また、本実施例では回転及び並進ステージを用いて説明しているが、２軸の並進ステージでもよい。【００４５】
図２は照明スポットと検出光学系の位置関係を示した図である。【００４６】
図１ではひとつの複数画素センサを図示したが、図２のようにセンサの数に限定はなく、それぞれ照明光２０２からの方位角φ及び、仰角χの少なくとも一方が異なるように二つ以上の検出器が配置されていれば良い。【００４７】
また、検出光学系は、図１のような直線系の結像系や、図３に示すように、散乱光の第一の実像を結像光学系３０１により回折格子３０３上に結像させ、第二の結像光学系３０２によって複数画素センサ１０４ｃ上に拡大して結像させてもよい。【００４８】
図４は、検出部回路概略図である。【００４９】
発生した散乱光を複数画素センサ１０４で検出し、信号処理部１０５において、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ４０２），ＬＰＦ（ローパスフィルタ４０５）を通過し、それぞれ高周波成分と低周波成分とに分離する。【００５０】
各信号を増幅器４０３，４０６によって他のチャンネルと感度をそろえるように補正し、アナログ／デジタル変換器４０４ａ，４０４ｂでデジタル変換してコンピュータの記憶部４０７に記憶する。複数のセンサ間に感度の違いが存在する時は、増幅器４０１を使って、信号強度を補正してもよい。【００５１】
表面検査装置において、レーザの代わりにＬＥＤを用いる効果には、例えば以下のものが挙げられる。【００５２】
なお、以下の効果は独立して奏される場合もあれば、同時に奏される場合もある。
（１）表面検査装置の光源が長寿命となる。
（２）光源自体の大きさが小さくなる上に、電源及び冷却器などのスペースが不要になるため省スペースな表面検査装置を構成できる。
（３）消費電力の少ない表面検査装置を構成できる。
（４）電源及び冷却器が不要になるため高性能な表面検査装置を安価に構成できる。
（５）ＬＥＤは連続発光させることができるので、高エネルギー密度の短パルスレーザに比べて試料表面を損傷させにくい表面検査装置を構成することができる。【００５３】
ＬＥＤを用いた時の課題は面発光素子のため細線照明が困難であることや、発光素子の形状及び光強度分布が複雑であるという課題がある。【００５４】
検査に用いるには、細線照明のための光学系や、その複雑な光強度分布に合わせて信号強度の校正が必要であるが非常に困難な場合もある。【００５５】
ＬＥＤの複雑な光強度分布を平均化させるために、図１に示すように、照明用ＬＥＤ光源１０ａ，１０ｂから発光した光を拡散板１１ａ，１１ｂで拡散させる。【００５６】
さらに、レンズ１２ａ，１２ｂを使って、シングルコアの光ファイバ１３ａ，１３ｂに光を導入する。【００５７】
光ファイバ１３ａ，１３ｂは、マルチモードのファイバでもよい。【００５８】
マルチモードのファイバはコア径が大きいため、スポット集光できないＬＥＤの光でもファイバ端面における光損失を低くできるという効果がある。【００５９】
ファイバ内で光は複数回反射するため、さらに強度は平均化され特異的な光強度のピークなどは緩和される。【００６０】
ファイバ終端に集光用レンズ１５を配置して試料表面上に集光して照射する。集光用レンズ１５は、線状に照明するためにシリンドリカルレンズでもよい。【００６１】
偏光をそろえるために、偏光子１６を通過させてもよい。偏光の向きを調整するために偏光子１６は回転することができる。【００６２】
試料表面上における光強度分布を予め測定しておき、その強度分布をもとに信号を規格化してもよい。【００６３】
ＬＥＤの光強度はレーザ光と比較すると小さいので、十分な散乱光強度を得るために、図１に示すように、２台以上の複数のＬＥＤを配置し、ファイバで導き、カプラ１４で結合することもできる。【００６４】
また、波長の異なる複数のＬＥＤを用いることも可能であり、この場合は、光ファイバ以後の光路には、集光用レンズ１５などを用いた透過型検出光学系の代わりに、放物面鏡を使った反射光学系を用いるとよい。【００６５】
反射光学系を用いることで、色収差の影響を防ぐことができる。異なる波長を用いることで、波長依存性を有する欠陥も効率的に検出することができる。
【実施例２】
【００６６】
次に実施例２について説明する。【００６７】
ＬＥＤを用いた時の他の課題は、ＬＥＤは面発光のため、試料表面上にスポット照射ができず、ヘルムホルツ・ラグランジュの不変式に従って、ある大きさを持って結像してしまうことである。【００６８】
そのため、ノイズとなる表面ラフネスによる散乱光が多く発生し、微小な欠陥による散乱光を取得しにくい。【００６９】
そこで、本実施例２では、結像検出光学系と複数画素センサを用いて、空間的にノイズ成分を除去して高感度化する。【００７０】
図５は、実施例２の信号に関する概略図である。【００７１】
図５（ａ）は、従来のように光源としてレーザを用いた場合の試料表面上の照明光５０１と信号強度を示している。【００７２】
領域Ａに照明光５０１が当たっているときは表面ラフネスによる散乱光のみが検出される。【００７３】
領域Ｃの場合も領域Ａの場合と同様である。【００７４】
試料を回転させ、照明光５０１が欠陥５０２を通過する領域Ｂのところで、欠陥による散乱光がパルス的に検出される。【００７５】
照明用光源としてレーザを用いると微小領域に集光することができるため、試料表面ラフネスによる散乱光が少ない。【００７６】
図５（ｂ）は光源としてＬＥＤを選択した場合を示している。【００７７】
図１に示すようにファイバ終端から出射する光をレンズで集光しても、レーザのように微小領域にスポット集光することはできない。【００７８】
そのため、レーザ光源のときと同じパワー密度で照射した場合には、図５（ｂ）に示すように、レーザの時と比較して、欠陥による散乱光強度は変化しないが、表面ラフネスによる散乱光強度が大きくなってしまう。【００７９】
図６は、複数画素の光センサを用いた場合の信号強度を示す図である。【００８０】
表面検査装置において、微小な異物を検出するための主な手法は、入射光量を増大させて、異物から発生する散乱光量を増大させるか、検査時間を増大させて散乱光を積算するか、本実施例２のように複数画素センサを用いて、ノイズ成分を減少させるかである。【００８１】
入射光量を増大させると試料表面を温度上昇させダメージを負わせるという可能性がある。【００８２】
そこで、本実施例２では、検査時間を保持したままで微小異物を検出するために、複数画素センサを用いる。【００８３】
図６に示すように、複数画素センサを用いると、検出範囲を空間的に分割して測定できるため、試料表面の凹凸によって散乱される光を減少させ、より微小な欠陥を検出することができる。【００８４】
そして、必要な画素数は対応する粒子による散乱フォトン数と表面ラフネスによる散乱フォトン数から算出することができる。【００８５】
図７は本実施例２の検出系の概略図である。【００８６】
欠陥による散乱光は微弱なのでイメージインテンシファイア（Image intensified）７０１のような増倍管によって増幅する必要がある。【００８７】
イメージインテンシファイア７０１においては、光電変換した電子をＭＣＰ（Multi Channel Plate）７０３を用いて増幅し、蛍光板７０４に入射して可視光を得る。【００８８】
これらは真空中に保持されているが、外部から進入する微量な化学物質がＭＣＰに付着し、そこへ電子が入射することで、損傷し増幅率が低下するという課題がある。【００８９】
そこで、ある一定期間経過後又は増幅率が低下したら、移動部の一例である水平駆動部７０７により、イメージインテンシファイア７０１の位置をシフトして、図７（ｂ）に示すように、新しい箇所で光を検出及び増幅する。【００９０】
なお、この際、イメージインテンシファイア７０１のシフト量を計測するセンサ７０８を設けても良い。【００９１】
この場合、限られたイメージインテンシファイア７０１の面積を有効活用することができる。【００９２】
照明光は線状照明しているため、散乱光はイメージインテンシファイア上に線状形状で結像にされる。【００９３】
水平駆動部に使用するステージは面上の位置精度が悪くても、検査には影響ない。しかし、角度精度が悪いと、複数画素センサ上でひずむので注意しなければならない。【００９４】
よって、イメージインテンシファイアの角度を計測するセンサ７０９，センサ７０９に基づき角度を調節する角度調整機構７１０を設けても良い。【００９５】
この場合、複数画素センサのひずみを抑制しつつ、イメージインテンシファイアを移動することができる。【００９６】
また、容易にシフトするため、イメージインテンシファイア７０１と複数画素センサ１０４間はファイバカップリングではなくマイクロアレイレンズ７０５などによって空間を空けて（分割して）レンズカップリングをする。【００９７】
本実施例２においては複数画素センサ１０４としてイメージインテンシファイア７０１とＣＣＤやＴＤＩカメラを組み合わせた撮像系を用いて説明したが、他に、マルチアノードの光電子増倍管，アバランシェフォトダイオードアレイ，ＣＣＤリニアセンサ，ＥＭ−ＣＣＤ（Electron Multiplying CCD），ＥＢ−ＣＣＤ（Electron Bombardment CCD）でもよい。
【実施例３】
【００９８】
次に実施例３について説明する。本実施例３では、実施例１，２と異なる部分を主に説明する。【００９９】
図８は、本実施例３の照明系の概略図である。【０１００】
図８（ａ）に示すように、細線照明をするためにマルチコアの光ファイバを用いる。【０１０１】
まず、ＬＥＤ光源１０ａから出射した光はシングルコアファイバ１３ａにレンズ１２ａを用いて導入して、光強度を均一化する。【０１０２】
図８（ｄ）は図８（ａ）のカップリング部の拡大図である。【０１０３】
図８（ｄ）に示すように、シングルコアファイバ１３ａを通過して均一化した光は平行光用レンズ８０７によって平行光にし、光を損失しないためにマイクロレンズ８０８によってマルチコアファイバ８０１に導入する。【０１０４】
ここで、マイクロレンズ８０８によって平行光が集光される位置（焦点位置）はマルチコアファイバ８０１の端面に存在している。【０１０５】
ファイバ終端部８０３は図８（ｂ）のように配列していたコア８０５を図８（ｃ）のようにリボン状（言い換えるなら線状、また帯状）に並べる。【０１０６】
光は線状に出射し、集光用レンズ１５によってさらに試料表面上に集光する。【０１０７】
ただし、コア形状が結像するので、輝度ムラ低減のために、図８（ａ）に示すように、光はぼかして試料表面に照射する。【０１０８】
このとき集光用レンズ１５はシリンドリカルレンズでもよい。【０１０９】
また、マルチコアファイバから試料表面の間に拡散板を設置して輝度ムラを低減させてもよい。
【実施例４】
【０１１０】
次に実施例４について説明する。【０１１１】
本実施例３では、他の実施例と異なる部分を主に説明する。【０１１２】
図９は、本実施例４におけるマルチコアファイバのコア配列方法の概略図である。【０１１３】
コアの並べ方は、図９（ａ）や（ｂ）のように、ファイバ始端部の中心を終端部の中心にし、順番に外側に並ぶように規則正しく配置しても良いし、ファイバ始端部の並び順には無関係にランダムに並べても良い。
【実施例５】
【０１１４】
次に実施例５について説明する。【０１１５】
図１０は実施例５の照明系の概略図である。【０１１６】
本実施例５では照射光学系において、異なる波長を有するＬＥＤ光源から光をそれぞれ導く２つのマルチコアファイバ１００１ａ，１００１ｂとを接続した後、接続した後のファイバ終端部１００２にて、図１０（ｂ）に示すように、マルチコアファイバ１００１ａ，１００１ｂのコアを交互に配置する。【０１１７】
さらに、その後、全反射光学系（例えばミラーの一種である凹面鏡１００５，ミラー１００６）にて反射し、偏光子１６を介して試料１００上に集光される。【０１１８】
ここで、複数の波長の異なるＬＥＤとマルチコアファイバを用いて細線照明をする場合は、シングルコアファイバ部またはマルチコアファイバ部で結合しても良い。【０１１９】
シングルコアファイバ部で結合する場合は図１に示すようにカプラ１４で結合する。【０１２０】
また、前述したように、ファイバ終端部のコア配列は中心部から外周部に順に規則正しく配列させても良い。【０１２１】
本実施例５によれば、色収差の影響を防ぐことができる。また、異なる波長を用いることで、波長依存性を有する欠陥も効率的に検出することができる。
【実施例６】
【０１２２】
次に実施例６について説明する。【０１２３】
図１１は実施例６の照明系の概略図である。【０１２４】
図１１（ａ）に示すように、照明用ＬＥＤ光源１０ａの発光部外周部で非常に光が強い時は、光ファイバの変わりに導波部材の他の一例である光選択用のアイリス１１０２を集光用レンズ１１０１の後ろに設置して、所望の光強度分布の領域のみ取り出し、集光用レンズ１５で集光し、偏光子１６を介して試料表面上に集光してもよい。【０１２５】
さらに、図１１（ｂ）に示すように、照明用ＬＥＤ光源の光を効率よく得るために光源の背部から側面にかけて光集光用反射鏡１１０３を配置し、さらにＬＥＤ前方のファイバ集光用レンズ１２ａを用いてファイバ１３ａに光を導入してもよい。【０１２６】
本実施例６によれば、照明用ＬＥＤ光源１０ａの発光部外周部で非常に光が強い時でも、検査を行うことができる。
【実施例７】
【０１２７】
図１２は、実施例７における表面検査装置の概略図である。【０１２８】
図１２に示すように、強度が同じ照明用ＬＥＤ光源１０ａ，１０ｂ，拡散板１１ａ，１１ｂ，レンズ１２ａ，１２ｂ，光ファイバ１３ａ，１３ｂ，光量調整用ステージ１９ａ，１９ｂ，合波器１４，マルチコアファイバ結合部１７，マルチコアファイバ１８，試料ステージ１０１，ステージ駆動部１０２，散乱光を検出する複数画素センサ１０４，信号処理部１０５，全体制御部１０６，メカ制御部１０７，情報表示部１０８，入力操作部１０９，記憶部１１０等を備えている。【０１２９】
ステージ駆動部１０２は、回転軸を中心に試料ステージ１０１を回転させる回転駆動部１１１，垂直方向に移動する垂直駆動部１１２，試料の径方向に移動させるスライド駆動部１１３を備えている。【０１３０】
照明用ＬＥＤ光源１０ａ，１０ｂからの光を導波部材の一例である光ファイバ１３ａ，１３ｂに導入し、合波部１４によって複数のＬＥＤの光を結合し、輝度を高くする。【０１３１】
出射光は結合部１７を介してマルチコアファイバ１８に導入する。【０１３２】
さらにレンズ１５を用いて試料１００に照射する。【０１３３】
照明用光源には、指向性が高く、高輝度であるＬＤ（Laser Diode），ＳＬＤ（Super Luminescent Diode）をＬＥＤ光源１０ａ，１０ｂの代わりに用いても良い。【０１３４】
ＬＤやＳＬＤを用いる場合は光利用効率が良いため、試料１００上でＬＥＤ光源を用いた時と同じパワー密度を得る際、光源自体の数を減らすことができ、省スペースであるという効果がある。【０１３５】
試料表面上または表面近傍内部に存在する異物や欠陥、及び試料表面で、散乱，回折、又は反射された光を検出光学系１１６により捕集し、複数画素センサ１０４上に結像して検出する。【０１３６】
図１２ではひとつの複数画素センサを図示したが、センサの数に限定はない。また、センサは複数画素ではなく単チャンネルのＰＭＴやフォトダイオードでもよい。【０１３７】
試料ステージ１０１は、ウェハ等の試料１００を支持しており、試料ステージ１０１を回転駆動部１１１により回転させつつスライド駆動部１１３によって水平に移動させることで、相対的に照明光が試料１００上を渦巻状に走査する。【０１３８】
ステージ１０１の回転数が一定の場合、試料１００の中心部と外周部では光が照射する時間が異なる。【０１３９】
例えば、試料外周部でＳＮ比を高くするために入射パワーを増大させた場合、照射時間の長い試料中心部では試料表面の温度が上昇し損傷を負うという可能性がある。【０１４０】
図１３は、ＳＮ比の均一化と試料の損傷を防ぐために使用する光強度調整機構部の概略図である。【０１４１】
図１３（ａ）（ｂ）に示すように光強度調整用ステージ１９ａを用いて、レンズ１２ａの焦点位置に対するファイバ入射端の位置を変化させ、ファイバ１３ａに入射する光量を調節する。【０１４２】
このとき、図１３（ａ）（ｂ）ではファイバ位置を移動させているが、その代わりに、集光レンズまたは光源の位置を同時または独立させて調整してもよい。【０１４３】
位置の調整にはピエゾ素子を用いた移動ステージが微小な調整ができるため好ましいが、ボールネジ方式でもよい。【０１４４】
また、光源に流す電流量を変化させて光源の発光強度を変化させても同じ効果を得ることができる。【０１４５】
ＬＥＤは指向角が大きいため、ファイバ集光用レンズ１２ａは、短焦点かつ高ＮＡのものが望ましく、その場合は図１３（ｃ）のようにファイバ集光用レンズ１２ｃには、非球面レンズを組み合わせて、コリメート後にファイバ端面に集光した方がより光利用効率が高くなる。【０１４６】
図１４は本実施例７に用いる光量調整評価装置の概略図である。【０１４７】
予め、図１４に示すような評価装置を用いて、照明用ＬＥＤ光源１０ａ，拡散板１１ａ，ファイバ集光用レンズ１２ａ及び光ファイバ１３ａを通過した光の強度をパワー測定器２０などの測定機器を用いて測定し、図１４（ｂ）に示すような光強度と光量調整用ステージ１９ａ，１９ｂのステージ位置との関係を得ておく。【０１４８】
次に本実施例７の表面検査装置において、試料位置に対する所望の光強度を光ファイバ１２ａの位置から決定する（図１４（ｃ））。【０１４９】
図１４（ｃ）は、試料の径方向に移動させるスライド駆動部１１３の位置（言い換えるなら試料１００上に形成される照明スポットの位置）（縦軸）と、光量調整用ステージ１９ａ，１９ｂのステージ位置（横軸）との関係を表している。【０１５０】
すなわち、図１４（ｂ），１４（ｃ）に表現される関係を得ることで、ある検査位置において、所望の光強度とするために、光量調整用ステージ１９ａ，１９ｂをどれだけ動かせばよいかが分かる。【０１５１】
本実施例７では、検査中には図１４（ｃ）をテーブル化した値を記憶させておき、試料位置に依って自動で光量を調整する。【０１５２】
すなわち、本実施例７では、ステージの位置等、搬送系の動作に対応して、照明用ＬＥＤ光源と光ファイバ１３との相対的な距離を変え、試料へ照射される光の強度を変える制御を行う。【０１５３】
言い換えるなら、本実施例７では、試料１００の内周から外周に従って、照明用ＬＥＤ光源と光ファイバ１３との相対的な距離を変え、試料へ照射される光の強度を変える制御を行うと言うことができる。【０１５４】
また、図１４（ｂ）の光強度とステージ位置の関係を得るために、光量調整評価装置を用いるのではなく、図１２に示す表面検査装置において、複数画素センサ１０４を用いて図１４（ｂ）に示す関係を検査前に実際に測定しておいても良い。【０１５５】
図１５は、ファイバ合波部１４の拡大図である。【０１５６】
ＬＥＤは面発光素子であり、レーザやＬＤと比べ指向角が大きいため、レーザやＬＤより輝度は低い。【０１５７】
そこで、図１５に示すような合波器を用いて結合することが考えられるが、ファイバ結合角度γと光がファイバに入射する最大角度θを適切に設定しないと、ほとんどの光がファイバ結合直後の部分でクラッド部に吸収されてしまうという課題がある。【０１５８】
図１５に示すようにファイバ結合前のファイバ内での伝播角θ′の光が、全反射しながら伝播する時、ファイバを結合する角度をγとするならば、結合後のファイバ内での伝播角βは、式１のように表現できる。【０１５９】
【数１】
2011121694.tif 000003
【０１６０】
ただし、コア径は入射側も出射側も全て同じ径とする。【０１６１】
さらに、伝播角βのモードがファイバコア内で全反射するには、伝播角βが最大受光角より小さければよいので、伝播角βは以下のように表現することができる。【０１６２】
【数２】
2011121694.tif 000004
【０１６３】
また、比屈折率差Δは式３のように表現できる。【０１６４】
【数３】
2011121694.tif 000005
【０１６５】
ここで、ファイバコア部２３の屈折率はｎ1、クラッド部２２の屈折率はｎ2である。【０１６６】
また、空気中の光源から光がファイバに入射する角度θは式４のように表現することができる。【０１６７】
【数４】
2011121694.tif 000006
【０１６８】
したがって、光が損失無く合波するためのθの関係は、式５で表現できる。【０１６９】
そして、θを式５の関係を満たすように設定することで、前述した結合直後の部分での光の吸収を防ぐことができる。【０１７０】
【数５】
2011121694.tif 000007
【０１７１】
ここで、曲げ損失など防ぐために、結合部の周辺は樹脂などによるファイバ固定部２１によってファイバの結合部周辺を固定するのが望ましい。【０１７２】
また、図１２ではひとつの合波部を図示したが、この式５の関係を保つ限り、合波部の数に限定はない。【０１７３】
さらに、式１〜５の関係は、シングルモードのファイバでも、マルチモードのファイバでも成立する。すなわち、本実施例７では、シングルモードのファイバ，マルチモードのファイバ、双方を用いることができる。【０１７４】
本実施例７では、実施例１と同様の優れた効果を奏した上で、さらにＳＮ比を均一化しつつ試料の損傷を防ぐという効果を奏することができる。【０１７５】
なお、本実施例７では、２つの照明用ＬＥＤ光源１０ａ，１０ｂを用いたが、照明用ＬＥＤ光源は１つであっても良い。【０１７６】
また、２つの照明用ＬＥＤ光源１０ａ，１０ｂの強度は異なっても良い。【０１７７】
また、２つの照明用ＬＥＤ光源１０ａ，１０ｂの波長は互いに異なっても良く、その場合は実施例５のように色収差の影響を低減するような光学系を組み合わせれば良い。【０１７８】
その場合は、実施例１と同様の優れた効果を奏した上で、ＳＮ比を均一化しつつ試料の損傷を防ぎ、色収差の影響を防ぐことができ、波長依存性を有する欠陥も効率的に検出することができる。【０１７９】
本発明は、実施例を例として説明したが、本発明は本実施例に限定されない。【０１８０】
また、本実施例は検査対象に半導体ウェハを用いて説明したが、検査対象は半導体ウェハには限定はされず、ハードディスク基板，液晶基板等の基板検査にも適用できる。
【符号の説明】
【０１８１】
１０ａ，１０ｂ  照明用ＬＥＤ光源
１１ａ，１１ｂ  拡散板
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ  ファイバ集光用レンズ
１３ａ，１３ｂ  光ファイバ
１４  カプラ
１５，１１０１  集光用レンズ
１６  偏光子
１７  結合部
１８，８０１，１００１ａ，１００１ｂ  マルチコアファイバ
１９ａ，１９ｂ  光量調整ステージ
２０  パワー測定器
２１  ファイバ固定部
２２  ファイバクラッド部
２３  ファイバコア部
１００  試料
１０１  試料ステージ
１０２  ステージ駆動部
１０３  照明光源
１０４，１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ  複数画素センサ
１０５  信号処理部
１０６  全体制御部
１０７  メカ制御部
１０８  情報表示部
１０９  入力操作部
１１０，４０７  記憶部
１１１  回転駆動部
１１２  垂直駆動部
１１３  スライド駆動部
１１６  検出光学系
２０１，２０２，５０１  照明光
２０３  第一検出光学系
２０４  第二検出光学系
３０１  第一結像光学系
３０２  第二結像光学系
３０３  回折格子
４０１，４０３，４０６  増幅器
４０２  バンドパスフィルタ
４０４ａ，４０４ｂ  アナログ／デジタル変換器
４０５  ローパスフィルタ
５０２  異物
６０１  照明スポット位置における複数画素センサの画素
７０１  イメージインテンシファイア
７０２  光電変換面
７０３  ＭＣＰ
７０４  蛍光板
７０５  マイクロアレイレンズ
７０６  散乱光が光電変換された電子
８０２  ファイバカップリング部
８０３  マルチコアファイバ終端部
８０４  マルチコアファイバ始端部断面
８０５  コア
８０６  マルチコアファイバ終端断面
８０７  平行光用レンズ
８０８  マイクロレンズ
１００２  ファイバ終端部
１００３  １００１ａのファイバコア
１００４  １００１ｂのファイバコア
１００５  凹面鏡
１００６  ミラー
１１０２  光選択用のアイリス
１１０３  光集光用反射鏡
【図１】
2011121694.tif 000008
【図２】
2011121694.tif 000009
【図３】
2011121694.tif 000010
【図４】
2011121694.tif 000011
【図５】
2011121694.tif 000012
【図６】
2011121694.tif 000013
【図７】
2011121694.tif 000014
【図８】
2011121694.tif 000015
【図９】
2011121694.tif 000016
【図１０】
2011121694.tif 000017
【図１１】
2011121694.tif 000018
【図１２】
2011121694.tif 000019
【図１３】
2011121694.tif 000020
【図１４】
2011121694.tif 000021
【図１５】
2011121694.tif 000022
【国際調査報告】
2011121694.tif 000023
2011121694.tif 000024
2011121694.tif 000025
2011121694.tif 000026
2011121694.tif 000027
2011121694.tif 000028
2011121694.tif 000029
2011121694.tif 000030